Главная » Источники света » Как работает неоновая лампа? Ее устройство, характеристики и принцип действия

Как работает неоновая лампа? Ее устройство, характеристики и принцип действия

Неоновые лампы — яркие, разноцветные, надежные и долговечные — прочно заняли свое место во многих областях освещения. Волшебный неоновый свет принес им огромную популярность. Светящиеся знаки, эффектные рекламные вывески, декоративная и архитектурная подсветка… Неоновые огни можно встретить даже на взлетно-посадочных полосах аэродромов. Так как же работает неоновая лампа и как удается получить такое многообразие цветов излучаемого ей света?

Неоновое освещение в Лас-Вегасе

Конструкция неоновой лампы

Неоновая лампа представляет собой стеклянную трубку, заполненную небольшим количеством газа под низким давлением. Газа не простого, а благородного — неон как раз к таким относится. Их характерной чертой является то, что каждый атом имеет полностью заполненную электронную оболочку, поэтому они не взаимодействуют с другими атомами, а чтобы оторвать от них хоть один электрон, потребуется немало энергии.

На каждом конце неоновой трубки расположен электрод. Неоновые лампы на самом деле могут работать как от переменного, так и от постоянного тока, но в последнем случае светиться будет только область вокруг одного электрода. Именно поэтому большинство неоновых ламп, которые мы видим, питаются именно переменным током, причем очень большого напряжения — около 15000 вольт. Этого как раз достаточно, чтобы оторвать от атома неона электрон с внешней орбиты. Если напряжение будет ниже — ничего не выйдет, электрону не хватит кинетической энергии, чтобы сбежать от своего атома. Таким образом, лишившиеся электронов атомы получают положительный заряд и притягиваются к минусовому электроду, в то время как освобожденные электроны тянутся к плюсовому. Все эти заряженные частицы газа, называемые плазмой, и замыкают электрическую цепь лампы.

Откуда же в неоновой лампе берется свет?

Атомы в неоновой трубке находятся в движении и постоянно сталкиваются, передавая друг другу энергию. При этом выделяется много тепла. В то время как одни электроны сбегают от своих атомов, другие возбуждаются — то есть переходят на другой, более высокий энергетический уровень. Дело в том, что электрон не может находиться где угодно возле атома, а только на уровне, соответствующем его энергии. Это похоже на подъем по лестнице — возбужденный электрон получает достаточно энергии, чтобы забраться на следующую ступеньку. Электрон может также спуститься обратно к своему основному состоянию, выпустив эту лишнюю энергию в виде фотона — частицы света. Цвет света зависит от того, насколько сильно энергия возбуждения отличается от первоначальной. Как и расстояние между ступеньками лестницы, эта величина имеет свои интервалы. Таким образом, каждый возбужденный электрон атома испускает свою характерную длину волны света. Другими словами, каждый благородный газ имеет свой характерный цвет свечения. У неона это красновато-оранжевый цвет.

А как получаются другие цвета света неоновых ламп?

Да, вы наверняка задавались этим вопросом, потому что неоновые лампы могут светиться просто невообразимым количеством цветов, а не только банальным красно-оранжевым.

Неоновые вывески в Таиланде

Существует два основных способа получения определенного цвета

Первый заключается в использовании другого газа или даже смеси нескольких, ведь как упоминалось ранее — каждому благородному газу присущ свой собственный цвет свечения. Гелий, например, светится розовым, криптон дает зеленый свет, а аргон — синий. Если их смешать, можно получить и промежуточные цвета.

Другой способ предполагает нанесение на стекло трубки люминофоров или других химических веществ, которые будут светиться определенным цветом под воздействием энергии плазмы. Но из-за появления широкого диапазона доступных покрытий неоновые лампы были сильно потеснены люминесцентными лампами, в которых люминофор светится за счет ультрафиолетового излучения, возникающего при прохождении дугового электрического разряда через смесь аргона и паров ртути. В неоновых же лампах никаких таких разрядов не происходит — их электроды чинно «тлеют» и почти не нагреваются — не зря неоновые трубки еще называют лампами холодного катода. Именно этой характеристикой неоновых ламп объясняется их высокая надежность и долговечность. Да и для человеческого глаза чистое свечение благородного газа гораздо приятней.

На самом деле есть и еще один способ управлять цветом свечения неоновой лампы, хоть он реально и не применяется в освещении. Влияя на энергетические уровни, доступные возбужденным электронам, при помощи изменения плотности тока или его частоты, можно заставить неон светиться более красным цветом или же, наоборот, сместиться в синюю область спектра видимого света.